二維動作控制實驗平臺
　
一、基礎簡介
二維動作控制實驗平臺是集動作控制卡、單片機研發(fā)控制板、步進電機及驅動器、開關電源、XY控制平臺及動作控制系統(tǒng)于一體的理想教學實驗系統(tǒng)。XY控制臺是一個應用滾珠絲杠傳動的模型塊化十字作業(yè)臺，可以完成平面內X、Y軸方向的動作控制，用來完成目標軌跡和動作。實驗系統(tǒng)系統(tǒng)含有概括基于軸的控制、基于坐標系的控制、命令編輯和運行、數控代碼編輯和運行、復雜動作軌跡控制。

二、技術功能
1.定位精確度：0.4mm
2.X軸有效行程：230mm；Y軸有效行程：230mm；最大動作速度：20mm／s；最大動作加快速度度：1g
3.寫入電源：220V±10％(50Hz)
4.作業(yè)環(huán)境：溫度（℃）-10℃～+40℃ 相對濕度<85％(25℃) 海拔<4000m
5.裝置容量（KV）：≤1．2kVA
6.外觀尺寸：45cm*45cm*75cm
三、系統(tǒng)構造及構成
二維動作控制實驗平臺主要采用步進電機控制系統(tǒng)和電腦桌兩部分構成，構造框圖如下圖所示：

系統(tǒng)構造框圖
1.對象模型塊
步進電機二個：應用二個 2 相步進電機，分別為 XY 兩個方向布置，X 軸動作行程為 230mm，Y 軸動作行程為 230mm。
2.51 單片機研發(fā)控制板
單片機研發(fā)控制板，主 CPU 為 AT89S52，帶下載連接口（編程電纜，編程系統(tǒng)），全部連接口資源引出，供用戶使用。并配備相應控制開關按鈕。
3.動作控制卡一塊
(1)32 位 PCI 總線，即插即用
(2)全部寫入、輸出均應用光耦隔離,抗干擾性強
(3)2 軸伺服/步進電機控制，每軸可單單獨動作，互不影響
(4)脈沖輸出的頻率誤差小于 0.1% 最大脈沖輸出頻率為 2MHz
(5)脈沖輸出可用單脈沖（脈沖+方向）或雙脈沖（脈沖+脈沖）方法梯形加/減慢速度
(6)隨意 2 軸直線插補最大插補速度 1MHz
(7)動作中可以就地實時讀出邏輯位置、實際位置、驅動速度24 路數字寫入，12 路輸出
(8)每軸兩個限位寫入，可設定成無效，作為通用寫入使用支持在一個系統(tǒng)中使用多達 16 個控制卡
(9)支持 DOS、WINDOWS95/98/NT/2000/XP/WINCE 等實操系統(tǒng)
4.步進電機驅動器：二個
(1)輸出電流（A）：最大電流（A）為 2A
(2)輸出方法：光光耦合器?開路集電極輸出
5.穩(wěn)壓直線DC電源：一個
(1)輸出電流（A）：最大輸出電流（A）為 5A 輸出電壓（V）：24V
(2)輸出功率（W）：120w
6.動作控制卡連接口板：一塊
為動作控制卡提供連接口端子，可按照自己的需要實行相應的接線，完成接線的靈活及開放性。
7.實驗平臺信號連接口板：一塊
用以完成單片機和動作控制卡與實驗平臺的信號連接，在同一時刻只能一種控制起作用。
8.計算機數值數值一臺(用戶自備)
用來裝配單片機包括研發(fā)環(huán)境 KEIL C、編程下載系統(tǒng)，主要完成程序的編寫、修改、編譯、系統(tǒng)擬真等功能，最后經過編程下載系統(tǒng)裝載到單片機內部 FLASH ROM 中運行。還用來運行控制卡上位系統(tǒng)的研發(fā)、運行。
硬件配備：基礎配備要求 P4 3.OG 以上，內部存儲至少為 256M，至少有一個 USB 連接口、一個并行口、一個Rs232 串行口和一個空閑 PCI 插槽。實操系統(tǒng)：Windows系統(tǒng)。
9.單片機技術應用系統(tǒng)：
系統(tǒng)配備 2000/xp/win7/win10 等實操平臺的單片機技術應用系統(tǒng)，支持匯編、C51 語言編譯、調節(jié)測試；單片機在線下載系統(tǒng)等。
10.實驗室智能電源安全管理系統(tǒng)：
(1)設備可以使用手機wifi/4G/3G/2G 全球化遠程控制。
(2)可設定定時，分享，狀態(tài)反饋，場景聯動，分享等功能，千里之外均可以控制，完成設備智能化電源、互聯網化管理；
(3)支持權限管理功能，應用主賬戶管理機制，安全，便利。
(4)手機系統(tǒng)支持安卓，蘋果IOS；
(5)支持無互聯網狀態(tài)下現場手動控制；
(6)可遠程控制單臺或多臺設備的開啟與關閉；
(7)可遠程監(jiān)控單臺或多臺設備的運行狀態(tài)；
(8)可遠程定時預約單臺或多臺設備實行實驗。
四、單片機創(chuàng)新模型塊資源
(1)用戶CPU（51單片機最小系統(tǒng)），40芯鎖緊插頭座，I/O口資源全部引出。配備STC90C516RD+單片機。支持USB取電。
(2)RS232串行通訊口（用來RS232通訊實驗或給STC系列單片機在線編程）
(3)USB轉串通訊口（用來RS232通訊實驗或給STC系列單片機在線編程）
(4)8組單單獨按鈕開關模型塊
(5)8組LED發(fā)光二極管模型塊
(6)可調電壓（V）模型塊（0~3.3V或0~5V可調）
(7)射極跟隨器實驗模型塊
(8)蜂鳴器模型塊
(9)TLC549串行A/D變換模型塊
(10)LCD16*02液晶連接口（背光可調）
(11)LCD128*64液晶連接口（背光可調）
(12)DC5V直線DC電源寫入連接口（內正外負），帶開關控制，加0.5A保險絲過流保護
(13)DC5V/3.3V轉連接口（大金孔，小金孔，多組插針，便利各種電源連接口連接）
(14)ISP下載連接口，用來ATMEL公司AT89S5X系列單片機芯片在線編程，需配備專用ISP下載線。
(15)創(chuàng)新模型塊拓展連接口
五、創(chuàng)新實驗模型塊（選配）
(1)傾斜檢驗測試傳感器模型塊
(2)觸摸檢驗測試傳感器模型塊
(3)紫外檢驗測試傳感器模型塊
(4)振動檢驗測試傳感器模型塊
(5)數字光強度測量試驗儀設計
(6)人體紅外感應模型塊
(7)凝露檢驗測試傳感器模型塊
(8)火焰檢驗測試傳感器模型塊
(9)氣體檢驗測試傳感器模型塊
(10)超聲波測距模型塊
(11)無線數值通訊模型塊
(12)塵?；覊m粉塵檢驗測試傳感器模型塊
六、教學課件資源
(1)178組實驗例程(C語言源代碼及實驗對應的Proeus ISIS擬真電子回路)
(2)16組上百個PPT課件
(3)30+參考圖紙文檔實驗指導書
(4)1000+畢業(yè)設計及設備設計圖紙文檔實驗指導書
(5)200個模型塊PCB及原理圖PROTEL源文件
(6)阻抗，波特率，電感量，定時器，振蕩電子回路計算，反激變壓器設計，LED數碼管段碼發(fā)生器，取模多項輔助系統(tǒng)。
七、提供單片機數字孿生擬真系統(tǒng)
單片機數字孿生擬真系統(tǒng)遵循"虛實集合、精準映射、互為檢驗" 的原則，借助于數字孿生過程產生孿生數值，完成單片機物理實體實驗和單片機數字虛擬實驗的虛實集合。虛擬擬真實驗教學極大地增強了學生對單片機學習掌控把握的熱情和積極性， 提升了課程的教學效果。 同時虛擬擬真大幅度降低了對實驗場地的需求，系統(tǒng)設定有實驗功能平穩(wěn)、 實驗內容豐富、 實驗地點靈活、 實驗時間自由、 實驗方法多樣化等特別點。
(1)單片機微控制操作面板功能：用戶可以訪問全部8051單片機內部的寄存器和數值存儲器?？梢跃庉嫴糠旨拇嫫髟O定和修改存儲數值?？梢栽O定單片機的作業(yè)時鐘頻率，可以設定擬真系統(tǒng)的刷新頻率。
(2)代碼實操操作面板功能：可以新建、修改、存檔、調入源代碼文件;可以編譯、設定斷點、單步運行、全速運行、暫停、復位程序。調節(jié)測試過程中，可以在微控制操作面板上就地實時監(jiān)控和查看各寄存器和存儲器的數值改變。
(3)外圍設備操作面板功能：提供多組外設模型塊，提供一張全部外設和單片機的動態(tài)連接圖，用戶可以使能單個模型塊或多個模型塊同時與單片機的連接，用戶還可以設定和改變外設模型塊與單片機不一樣的引腳連接。
(4)提供以下外設模型塊
（1）ADC模數變換器模型塊；
(2)DAC數模變換器模型塊；
（3）對比器模型塊；
（4）4位7段LED數碼管顯露模型塊；
（5）1602液晶顯露模型塊；
（6）RS232串行口實驗模型塊；
（7）矩陣鍵盤模型塊（含三種作業(yè)模式）；
（8）8位LED流水燈模型塊；
（9）8位撥碼開關模型塊；
（10）雙向直線DC電機模型塊（帶測速反饋傳感器）；
（11）示波器顯露模型塊。
(5)提供積木式代碼編輯器，經過搭積木的方法來實行邏輯組裝，降低初學編程的同學使用鍵盤來實操的門檻，但又保持了內在的邏輯性，支持全中文界面。
(6)支持將積木式代碼自動生成C語言代碼，并編譯生成HEX文件，可以裝載到數字虛擬擬真模型中運行，也可直接下載到單片機物理芯片中實際運行，真正完成了虛實集合、互為檢驗的功能 。
(7)數字虛擬擬真模型提供擬真單片機；提供電阻，電容，電感，二級管、三極管等模仿器件；提供多種74系列TTL數字邏輯芯片；提供AD,DA,串轉并，并轉串，運算放大器等功能芯片；提供LED發(fā)光二極管，開關，蜂鳴器，七段LED數碼管，LCD液晶屏等外設模型塊；提供電壓（V）表，頻率計，示波器等儀表器具儀表。
(8)數字虛擬擬真模型支持器件用鼠標拖動到隨意位置，支持手動連線和器件搭建，完全擬真實物器件的實驗連線。電子回路搭建后之后，可以將HEX文件裝載到擬真單片機中運行擬真，并能直觀、生動地查看到實驗運行動作和成果。
八、實驗項目
（一）基礎實驗
(1)單片機的認識和實操實驗
(2)單片機包括研發(fā)環(huán)境KEIL C 的認識實驗
(3)單片機在線編程系統(tǒng)的認識與使用
(4)單片機基礎編程練習實驗
（二）基于 51 單片機控制的系統(tǒng)性實驗
(1)6、基于 51 單片機控制的單軸實驗
(2)7、基于 51 單片機控制的兩軸聯動控制實驗
(3)8、基于 51 單片機控制的隨意路線物料搬運實驗
（三）基于動作控制卡控制的系統(tǒng)性實驗
(1)基于動作控制卡控制的單軸實驗
(2)1基于動作控制卡控制的兩軸聯動實驗
(3)基于動作控制卡控制的隨意路線物料搬運
（四）動作控制卡可用以下研發(fā)工量具
(1)CBuilderBorland C++Bulider
(2)DephiBorland Dephi 6
(3)VbMicrosoft Visual basic 工量具研發(fā)的基礎庫函數示例程序及源代碼
(4)VCMicrosoft Visual C++工量具研發(fā)的基礎庫函數示例程序及源代碼